Die Arbeit eines Lebensmittelforschungsteams einer Hochschule in Ostchina besteht im Einfrieren von Proben in Einzelchargen von einigen zehn bis einigen hundert Kilogramm, bei häufigem Sortenwechsel, reproduzierbarer Versuchsdokumentation und einem verfügbaren Platz in Form eines kleinen Kühlraums neben dem Labor. Für vergleichbare Szenarien geeignet ist der Stickstoff-Schnellgefrierschrank DKN-LFC-300: Außenmaß 1740 × 1730 × 2220 mm, Innenraum 900 × 1320 × 1800 mm, Durchsatz 300 kg/h (je nach Produkt und Verpackungsart abweichend), Gesamtleistung 2,5 kW, Arbeitstemperatur -150℃ ～ Raumtemperatur. Dass er sich aufstellen lässt und die Be- und Entladung keine Umbauten der Halle erfordert, ist in diesem Szenario die vorrangig zu lösende Frage.
I. Anwendungshintergrund
Bei Lebensmittel- und Bioproben an Forschungsinstituten sind häufig abgepackte kleine Beutel, Petrischalen, Probenboxen oder Kleinchargen aus dem Pilotmaßstab anzutreffen. Die Einzelcharge ist nicht groß, zwischen den Chargen unterscheiden sich Materialien und Parameter, und nach Abschluss einer Charge muss eine vollständige Abkühlaufzeichnung vorliegen. Vor der Gefrierstufe stehen Abfüllung und Vorbehandlung, danach die Tieftemperaturlagerung oder Analytik; an beiden Enden darf es nicht zu lange dauern.
Der Platz ist meist knapp: In einem Versuchsraum von einigen zehn bis einigen Dutzend Quadratmetern müssen Gerät, Arbeitstisch und Bewegungsflächen für das Personal untergebracht werden. Zu groß gekauft kostet Stellfläche, zu klein gekauft lassen sich die Chargen nicht takten; bei der Auswahl sind zuerst Raum und Takt zu berechnen.
II. Verfahrenstechnische Herausforderungen
Chargengewicht und stündlicher Durchsatz sind nicht dasselbe. Die angegebenen 300 kg/h sind die Durchsatzleistung unter gegebenen Produkt- und Verpackungsbedingungen; im Versuchsszenario interessiert eher, „wie viel in diese Charge passt und wann sie entnommen werden kann". Die lichte Höhe des Gestells beträgt 1600 mm, die Breite 605 mm, die Tiefe 807 mm; es fasst 40 Tabletts, Tabletts aus Edelstahl 400 × 600 × 25 mm. Das Chargengewicht ergibt sich aus diesen 40 Tabletts multipliziert mit der tatsächlichen Füllmenge pro Tablett; ändert sich die Verpackungsdicke, unterscheidet sich das Gewicht bei gleicher Tablettzahl erheblich.
Die Stellfläche ist nach Außenmaß plus Bedienfläche zu berechnen. Das Außenmaß 1740 × 1730 × 2220 mm ist das Gehäuse selbst; die Schrankbauweise öffnet vorn und hinten, vor der Tür sind Platz zum Öffnen und zum Schieben der Tabletts einzuplanen, an der Seite Platz für Wärmeabfuhr und Wartung. Wird nur eine Fläche von 1,7 m im Quadrat eingeplant, lässt sich die Tür nicht vollständig öffnen und das Tablett nicht herausziehen.
Der Be- und Entladeverlauf bestimmt den Personalaufwand. Im Versuchsszenario gibt es keine Förderlinie; die Anbindung erfolgt über Gestelle und Wagen. Steht die Schranktür direkt zum Arbeitstisch, ist das einfacher; zeigt die Tür zum Flur oder Personengang, werden austretende Kaltluft und Bodenkondensat zu Alltagsproblemen.
III. Anlagenkonfiguration
In diesem Szenario kommt der Stickstoff-Schnellgefrierschrank DKN-LFC-300 zum Einsatz; die Parameter stammen aus den technischen Produktunterlagen:
| Position | Parameter |
|---|---|
| Bezeichnung | Stickstoff-Schnellgefrierschrank |
| Innenraummaß | 900 × 1320 × 1800 mm (B×T×H) |
| Außenmaß | 1740 × 1730 × 2220 mm |
| Arbeitstemperatur | -150℃ ～ Raumtemperatur |
| Temperiergenauigkeit | ±1℃ |
| Temperaturgleichmäßigkeit | ±3℃ |
| Abkühlgeschwindigkeit | nicht unter 20℃/min (unbeladen) |
| Durchsatz | 300 kg/h (je nach Produkt und Verpackungsart abweichend) |
| Gesamtleistung | 2,5 kW |
| Kältemittel | 5-8 BAR Stickstoff |
| Gestell/Tabletts | lichte Höhe 1600 mm, Breite 605 mm, Tiefe 807 mm, 40 Tabletts pro Durchgang; Tabletts 400×600×25 mm Edelstahl |
Der Konfigurationsansatz richtet sich direkt nach Raum und Takt: Der stehende Schrank holt Kapazität aus der Höhe, der Innenraum ist 1800 mm hoch, die Stellfläche bleibt in der Größenordnung des Außenmaßes von 1,7 m im Quadrat; das 40-Tablett-Gestell wird als Ganzes be- und entladen, Beladen und Entladen erfolgen außerhalb des Schranks, die Türöffnungszeit ist kurz, Kälteverlust und Vereisung bleiben gering. Die Gesamtleistung von 2,5 kW lässt sich mit der üblichen Laborstromversorgung abdecken. Der Stickstoff wird aus einem externen Tank über Leitungen zugeführt, die Menge wird nach der Prozesskurve geregelt; für dieselbe Sorte wird ein Parametersatz hinterlegt und bei Wiederholungsversuchen abgerufen.
IV. Verfahrenshinweise
Beladungsstufen als Kurven aufnehmen. Der Luftstrom im Schrank unterscheidet sich bei voller Beladung mit 40 Tabletts und bei halber Beladung; bei geringerer Beladung ist der Kaltluft-Kurzschluss deutlicher. Empfohlen wird, für jede übliche Beladungsstufe einmal eine Abkühlaufzeichnung mit Material zu erstellen und eine Vergleichstabelle zu führen, die später für dieselbe Stufe direkt übernommen wird.
Stoppkriterium ist die Kerntemperatur, nicht die Oberfläche. -150℃ ～ Raumtemperatur ist der Arbeitsbereich des Geräts, nicht das Entnahmeziel; die Temperiergenauigkeit von ±1℃ hält den Sollwert stabil, die Temperaturgleichmäßigkeit von ±3℃ entscheidet, ob verschiedene Positionen im Schrank im selben Zeitfenster entnommen werden können. Vor der Entnahme wird das geometrische Zentrum der Probe gemessen, oben und unten im Schrank je ein Punkt zur Kontrolle.
Die Unbeladen-Geschwindigkeit taugt nicht zur Produktionsplanung. Nicht unter 20℃/min ist ein Unbeladen-Kennwert; mit Material hängt der tatsächliche Takt von Beladungsmenge, Verpackungsdicke und Anfangstemperatur ab und ist im beladenen Zustand zu messen.
Drei Freiräume einplanen. Vor der Tür Platz zum Öffnen und Schieben, an der Seite eine Wartungsöffnung, oben Platz für Abluft und Leitungen; den Boden mit Gefälle ausführen, damit Abtauwasser und Kondensat abfließen.
V. Geeignete Anwender und Auswahlhinweise
Diese Konfiguration eignet sich für Labore und Pilotlinien mit Einzelchargen von einigen zehn bis einigen hundert Kilogramm, häufigem Sortenwechsel, begrenztem Platz und dem Bedarf an Chargenaufzeichnungen. Ob Schrank- oder Tunnelbauweise richtet sich nach zwei Punkten: ob das Produkt so einheitlich ist, dass es kontinuierlich durch die Linie laufen kann, und ob das Gelände einen geradlinigen Be- und Entladeverlauf zulässt. Bei kleinteiligem Sortenspektrum, kleinen Chargen und nur einem Raum ist die Schrankbauweise geeigneter; erst bei festem Sortiment, täglich kontinuierlich großen Mengen und einer ohnehin als Fließlinie organisierten Umgebung kommt die Tunnelbauweise in Frage.
Detailliertere Modellparameter finden sich auf der Produktseite des Stickstoff-Schnellgefrierschranks DKN-LFC-300, die Abgrenzung zwischen Schrank- und Tunnelbauweise unter Schrank oder Tunnel: Auswahlentscheidung für Schnellgefrieranlagen, die Produktionsplanung und Anlagenzahl unter Planung der Gefrierkapazität und Berechnung der Anlagenzahl. Wer die Konfiguration anhand der eigenen Probenform und des Geländes prüfen möchte, kann uns kontaktieren.
Häufige Fragen
Wie lässt sich 300 kg/h in eine Chargenmenge umrechnen?
300 kg/h ist die Durchsatzleistung unter gegebenen Produkt- und Verpackungsbedingungen. Die Chargenmenge ergibt sich aus 40 Tabletts pro Gestelldurchgang multipliziert mit der tatsächlichen Füllmenge pro Tablett; je dicker die Verpackung, desto weniger pro Tablett und desto länger die Bearbeitungszeit derselben Charge. Bei stark schwankender Beladung sind die Abkühlkurven stufenweise mit Material zu messen und nicht aus Unbeladen-Daten abzuleiten.
Wie viel Platz beansprucht dieser Schrank tatsächlich?
Das Gehäuseaußenmaß beträgt 1740 × 1730 × 2220 mm. Bei der Flächenplanung sind über dieses Außenmaß hinaus die Bedienfläche zum Öffnen und Schieben, der seitliche Wartungsbereich und der Leitungsraum über dem Schrank einzuplanen; der tatsächliche Platzbedarf ist größer als das Gehäuse selbst.
Was ist beim Aufstellen von Stickstoffgeräten im Labor sicherheitstechnisch zu beachten?
Im Mittelpunkt stehen Lüftung und Sauerstoffkonzentration. Verdampfter Stickstoff dehnt sich stark aus und verdrängt in geschlossenen Räumen den Sauerstoff; der Raum benötigt mechanische Abluft, im Aufenthaltsbereich sind Sauerstoffmessung und Alarm vorzusehen, die Abluft des Geräts darf nicht auf den Bedienplatz gerichtet sein. In der Nähe des Schranks ist auf Kälteschutz zu achten; bei der Bedienung sind Kältehandschuhe und Gesichtsschutz zu tragen.